圖一光合作用示意圖
圖二光合作用示意圖
081.光合作用的基本定義是什么?
答：光合作用的定義包括含義和功能兩層意思：
(一)光合作用的含義：光合作用通常是指綠色植物(包括藻類)吸收光能，把二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成富能有機物，同時釋放氧的過程。
(二)光合作用的功能：綠色植物利用太陽的光能，同化二氧化碳()和水()制造有機物質(zhì)并釋放氧氣的過程，稱為光合作用。光合作用所產(chǎn)生的有機物主要是碳水化合物，并釋放出能量。
圖三光合作用中供光呼吸的氣孔
082.光合作用的兩大意義是什么?
答：一是能量轉(zhuǎn)換。二是調(diào)節(jié)大氣。
轉(zhuǎn)換能量：植物在同化無機碳化物的同時，把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，儲存在所形成的有機化合物中。每年光合作用所同化的太陽能約為，約為人能所需能量的10倍。有機物中所存儲的化學(xué)能，除了供植物本身和全部異養(yǎng)生物之用外，更重要的是可供人類營養(yǎng)和活動的能量來源。無機物變成有機物的重要途徑植物每年可吸收合成約的有機物。人類所需的糧食、油料、纖維、木材、糖、水果等，無不來自光合作用，沒有光合作用，人類就沒有食物和各種生活用品。換句話說，沒有光合作用就沒有人類的生存和發(fā)展。
圖四光合作用中葉綠體
(二)調(diào)節(jié)大氣：大氣之所以能經(jīng)常保持21%的氧含量，主要依賴于光合作用(光合作用過程中放氧量約t/a)。光合作用一方面為有氧呼吸提供了條件，另一方面，的積累，逐漸形成了大氣表層的臭氧()層。臭氧層能吸收太陽光中對生物體有害的強烈的紫外輻射。植物的光合作用雖然能清除大氣中大量的，但大氣中的濃度仍然在增加，這主要是由于城市化及工業(yè)化所致。
083.推動光合作用的能源和動力是什么
答：是二氧化碳和微藻，包括細(xì)菌類微藻。
084.什么是光合速率?影響光合速率的內(nèi)外因素是什么
答：光合速率和影響光合速率的內(nèi)外因素是：
(一)光合速率的基本含義：光合速率通常是指單位時間、單位葉面的吸收量或的量，也可用單位時間、單位葉面積上的干物質(zhì)積累量來表示。
(二)影響光合速率的內(nèi)外因素：包括葉片發(fā)育和結(jié)構(gòu)、光合產(chǎn)物的輸出兩部分。外部因素包括光照、二氧化碳、溫度、水分礦物質(zhì)營養(yǎng)、光合速率日變化六個部分。
圖五光合作用與卡爾文循環(huán)
085.什么是卡爾文循環(huán)?什么是C3類植物和C3循環(huán)?
答：二戰(zhàn)之后，美國加州大學(xué)伯利克分校的馬爾文·卡爾文在實驗中發(fā)現(xiàn)，標(biāo)記有C的CO2很快就能轉(zhuǎn)變成有機物。在幾秒鐘之內(nèi)，層析紙上就出現(xiàn)放射性的斑點，經(jīng)與已知化學(xué)物比較，斑點中的化學(xué)成分是3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate，PGA)，是糖酵解的中間體。
(一)卡爾文循環(huán)與C3途徑：這第一個被提取到的產(chǎn)物是一個三碳分子，所以將這種CO2固定途徑稱為C3途徑，這一循環(huán)又稱卡爾文循環(huán)。
(二)卡爾文循環(huán)與C3植物：后來研究還發(fā)現(xiàn)，CO2固定的C3途徑是一個循環(huán)過程，人們稱之為C3循環(huán)。C3類植物(碳三植物)，如米和麥，二氧化碳經(jīng)氣孔進(jìn)入葉片后，直接進(jìn)入葉肉進(jìn)行卡爾文循環(huán)。將通過這種途徑固定CO2的植物稱為C3植物。
而C3植物的維管束鞘細(xì)胞很小，不含或含很少葉綠體，卡爾文循環(huán)不在這里發(fā)生。
圖六光合作用與哈奇-斯萊克途徑
086.什么是哈奇-斯萊克途徑?什么是C4類植物?
在20世紀(jì)60年代，澳大利亞科學(xué)家哈奇和斯萊克發(fā)現(xiàn)玉米、甘蔗等熱帶綠色植物，除了和其他綠色植物一樣具有卡爾文循環(huán)外，CO2首先通過一條特別的途徑被固定。
哈奇-斯萊克途徑和C4植物：這條途徑也被稱為哈奇-斯萊克途徑(Hatch-Slack途徑)，又稱四碳二羧酸途徑。C4植物主要是那些生活在干旱熱帶地區(qū)的植物。在這種環(huán)境中，植物若長時間開放氣孔吸收二氧化碳，會導(dǎo)致水分通過蒸騰作用過快的流失。所以，植物只能短時間開放氣孔，二氧化碳的攝入量必然少。植物必須利用這少量的二氧化碳進(jìn)行光合作用，合成自身生長所需的物質(zhì)。
圖七C4類植物與C3類植物的異同
(二)C4類植物與C3類植物的異同：CO2同化的最初產(chǎn)物不是光合碳循環(huán)中的三碳化合物3-磷酸甘油酸，而是四碳化合物蘋果酸或天門冬氨酸的植物。又稱C4植物。如玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。而最初產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸的植物則稱為碳三植物(C3植物)。
CO2同化的最初產(chǎn)物是光合碳循環(huán)中的三碳化合物3-磷酸甘油酸的植物，稱為碳三植物(C3植物)，有如小麥、大豆、煙草、棉花等。C3植物比C4植物CO2補償點高，所以C3植物在CO2含量低的情況下存活率比C4植物來的低。
相比之下，C3植物細(xì)胞分工較C4植物不明確，CO2利用效率更低，在一定程度上可認(rèn)為C3植物是植物中的“原核生物”，C4植物則更像”真核生物”。
087.什么是景天科酸代謝途徑(CAM)?什么是景天酸代謝?
這里涉及景天科植物、景天酸代謝途徑兩個關(guān)鍵問題。
景天科植物及其分布：景天科植物分布在北半球大部分區(qū)域，品種繁多，大約有35屬1500余種，中國有10屬約240余種，另有多種引進(jìn)作為觀賞花卉。本科植物為多年生肉質(zhì)草本，夏秋季開花，花小而繁茂，各種顏色都有。表皮有臘質(zhì)粉，氣孔下陷，可減少蒸騰，是典型的旱生植物，無性繁殖力強，所謂采葉即能種植生根。景天科植物植株矮小，由于是肉質(zhì)，耗水肥很少，因此極易種植觀賞。景天科植物由于其矮小抗風(fēng)，又不需要大量水肥，耐污染，因此成為目前比較流行的屋頂綠化的首選植物。
圖八景天科植物虹之玉
(二)景天科酸代謝途徑(CAM)：景天科植物如景天、落地生根等葉子具有特殊的CO2固定方式。夜晚氣孔開放，吸進(jìn)CO2，在PEP羧基酶作用下，與PEP結(jié)合，形成OAA，進(jìn)一步還原為蘋果酸，積累于液泡中。白天氣孔關(guān)閉，液泡中的蘋果酸便運到胞質(zhì)溶膠，在NADP-蘋果酸酶作用下，氧化脫羧，放出CO2，參與卡爾文循環(huán)，形成淀粉等。此外，丙糖磷酸通過糖酵解過程，形成PEP，再進(jìn)一步循環(huán)。所以植物體在夜晚的有機酸含量十分高，而糖類含量下降;白天則相反，有機酸下降，而糖分增多。這種幼根機酸合成日變化的代謝類型，而最早發(fā)現(xiàn)于景天科植物，所以稱為景天酸代謝。
(三)景天酸代謝與C4植物：景天酸代謝(crassulaceanacidmetabolism,CAM)：如果說C4植物是空間上錯開二氧化碳的固定和卡爾文循環(huán)的話，那景天酸循環(huán)就是時間上錯開這兩者。行使這一途徑的植物，是那些有著膨大肉質(zhì)葉子的植物，如鳳梨。這些植物晚上開放氣孔，吸收二氧化碳，同樣經(jīng)哈奇-斯萊克途徑將CO2固定。早上的時候氣孔關(guān)閉，避免水分流失過快。同時在葉肉細(xì)胞中卡爾文循環(huán)開始。這些植物二氧化碳的固定效率也很高。
圖九景天科植物
088.碳?xì)浜朔实暮诵脑硎鞘裁?
作物生長所需大中微三種元素的來源、比重、作用一覽表
碳?xì)浜朔实暮诵脑硎窃谏儆没虿挥没?、化學(xué)農(nóng)藥的前提下，以碳?xì)浜朔蕿槊浇?，以太陽能為動力，以二氧化碳為能源，以土地為載體，把捕集、聚合空氣中的二氧化碳富集植物葉莖表面供作物吸收利用，增強光合作用，提高光合速率，夜間抑制光呼吸，積累作物生長必須的碳、氫、氧“三元素”，有效吸收、轉(zhuǎn)化土壤、空氣、水中的氮、磷、鉀等有機成分，充分推動作物的孕育、生長、成熟，達(dá)到低投、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的預(yù)期和回復(fù)作物原生態(tài)品質(zhì)的目的。
傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)業(yè)或生態(tài)農(nóng)業(yè)，無論施用多少化肥、有機肥和農(nóng)藥，作物能夠吸收利用的二氧化碳永遠(yuǎn)都停留在360PPM(每立方空氣的二氧化碳含量)。而在碳?xì)浜朔拭浇槠脚_作用下，光合生態(tài)、光合機制、光合方式都發(fā)生了深刻變化，它重組著陽光、空氣、水分、土地與作物生長生命信息過程傳播的鏈條，一個“萬物皆光合”的全媒介時空環(huán)境日益臻美，深深地影響并推動著作物生命生長周期的全過程，出現(xiàn)了自地球生物圈形成以來從未有過的作物成長周期中全程光合、全息光合、全員光合、全效光合的生命過程的深刻革命，在光合速率遞增過程中，作物吸收利用二氧化碳的能力從360PPM一路向600PPM——》900PPM——》1200PPM——》1500PPM——》1800PPM——》的高峰攀升，為作物低投、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)提供了廣闊空間。
圖十景天科植物
089.碳?xì)淇茖W(xué)的十大功能是什么?
藍(lán)藻是地球上最古老的跨界生物：具有動物、植物、微生物的生命特征。藍(lán)藻主要的營養(yǎng)成分由藻膽體和糖原顆粒等所組成。飽含葉綠素a、藻膽素、胡蘿卜素、類胡蘿卜素等光合色素。藍(lán)藻具有十大功能：
01.光電光合：能采收光能，以水作為電子來源進(jìn)行光合作用;
02.固碳放氧：它具有固定二氧化碳，放出新鮮氧氣的強大功能;
圖十一原核分解示意圖
03.生物聚變：具有生物聚變功能，是惟一能在24h裂變24次的物種;
04.平衡給養(yǎng)：具有自給自養(yǎng)和平衡給養(yǎng)的強大功能;
05.原核分解：細(xì)胞中央的有核物質(zhì)，具有強大的原核生命分解能力;
06.靶向運載：細(xì)胞中有環(huán)狀DNA質(zhì)粒，具有靶向運載功能;
圖十二靶向運載給藥
07.生氫聚氮：具有在植物根莖中生氫和固氮的功能;
08.耐干耐旱：干燥標(biāo)本存貯65～106年仍可保持活力;
09.耐高低溫：在54℃-35℃的溫度環(huán)境中可長期生存;
10.耐鹽耐堿：在過飽和鹽水堿水中可生長。
因此，藍(lán)藻具有動物、植物、微生物的基本生命特征，是地球上迄今為止發(fā)現(xiàn)的惟一的跨界先鋒物種。
090.碳?xì)淇茖W(xué)有哪十大創(chuàng)新價值?
與會領(lǐng)導(dǎo)、專家、學(xué)者一致確認(rèn)，碳?xì)淇茖W(xué)、碳?xì)滢r(nóng)業(yè)、碳?xì)浜朔?mdash;—碳?xì)溲醯都夹g(shù)擁有十大科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新價值：
01.治理化學(xué)污染：為國家治理化肥和化學(xué)農(nóng)藥污染提供了技術(shù)保證;
02.確保糧食安全：為國家確保糧食食品安全提供了技術(shù)保證;
03.低投高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)：為中國農(nóng)業(yè)低投高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供了技術(shù)保證;
04.綠色生態(tài)有機：為中國發(fā)展綠色生態(tài)有機農(nóng)業(yè)提供了技術(shù)保證;
05.恢復(fù)出口創(chuàng)匯：為中國恢復(fù)出口創(chuàng)匯農(nóng)業(yè)提供了技術(shù)支撐;
06.恢復(fù)中醫(yī)中藥：為中國恢復(fù)中醫(yī)中藥產(chǎn)業(yè)提供了技術(shù)支撐;
圖十三“一帶一路”中醫(yī)藥發(fā)展論壇
07.續(xù)接生物鏈條：為中國續(xù)接生態(tài)生物鏈條提供了資源環(huán)境;
08.面源污染治理：為中國治理山河面源污染提供了技術(shù)保障;
09.全產(chǎn)業(yè)大融合：為中國實現(xiàn)新興農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)大融合改革提供了產(chǎn)業(yè)空間;
10.可復(fù)制可推廣：為中國新一輪農(nóng)業(yè)革命提供了可推廣可復(fù)制的創(chuàng)新模式。
科技部《碳?xì)浜朔手苽潢P(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用》國家科技成果評價委員會
碳?xì)淇茖W(xué)碳?xì)滢r(nóng)業(yè)碳?xì)浜朔氏盗锌破罩R1200問編輯委員會顧問
趙永志：農(nóng)業(yè)部耕地質(zhì)量建設(shè)與管理專家指導(dǎo)組專家
北京市土壤肥料工作站站長/研究員
趙同科：北京市農(nóng)林科學(xué)研究院研究員
張能玲：中國科學(xué)院微生物研究所教授
賀紀(jì)正：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員
曹衛(wèi)東：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源區(qū)劃所研究員
李棟：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院教授/博導(dǎo)
汪立君：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院教授/博導(dǎo)
田有國：農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)科技推廣服務(wù)中心研究員/處長
方雯霞：中國檢驗檢疫科學(xué)研究院高級農(nóng)藝師
李臨西：科技部火炬計劃中心研究員
周衛(wèi)：中國植物營養(yǎng)與肥料學(xué)會研究員
季恒寬：科技部中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會高級工程師
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